Ohrožení bioplynem pro životní prostředí

Bioplyn a bioplynové systémy představují energetické zdroje s vysoce positivními přínosy pro ochranu a tvorbu životního prostředí. Bioplynové systémy ve všech možných uspořádáních pracují jako plně obnovitelné energetické zdroje transformující i spoluvyužívající solární energii.

Termín „bioplyn“ v posledních letech 20. století zcela zobecněl a stal se nejen běžně rozšířeným mezi technickou odbornou veřejností, nýbrž i jistým synonymem čehosi ekologicky příznivého v majoritní laické veřejnosti. Věcný význam slova „bioplyn“ napovídá, že by se mělo jednat o plyn produkovaný blíže nespecifikovaným biologickým druhem, pokud přijmeme další běžný usus, totiž že takto mluvíme o plynech produkovaných a nikoliv spotřebovávaných biologicky.

Při rozkladech i syntézách uskutečňovaných biochemickými cestami vzniká celá řada jednoduchých i složitějších plynných sloučenin. Již po stovky milionů let produkují nejrůznější rostliny kyslík od mikroskopických druhů až po obří a dlouhověké stromy a přitom nikdo kyslík bioplynem nenazývá. Obecnému pojmu „bioplyn“ nevyhoví ani zúžení výběru na všechny plyny hořlavé a jejich směsi.

Teprve široce rozvinutá praxe anaerobních postupů pro čištění odpadních vod, která se jako dobře fungující technologie rozšířila od první čtvrtiny XX. století, přinesla s sebou termín „bioplyn“. K „čistírenským“ plynům můžeme přiřadit i název „bahenní plyn“, který ve většině případů vyhoví podmínkám zařazení mezi bioplyny. Plyny vznikající v anaerobních prostředích hlubších partiích rybníků, slatin a močálů jsou svým vysokým obsahem biologicky vytvořeného methanu právem chápány jako bioplyny.

Můžeme tedy shrnout, že souhrnný termín „bioplyn“ přiřadila současná technická praxe výlučně pro plynný produkt anaerobní methanové fermentace organických látek uváděné též pod pojmy anaerobní digesce, biomethanizace, biogasifikace anebo vyhnívání (u čistírenských kalů). Názvem „bioplyn“ je obecně míněna plynná směs methanu a oxidu uhličitého.

Čtěte také: Uloz.to a autorské právo

V plynném produktu dobře prosperujících methanogenních mikroorganismů představuje suma CH4 a CO2 hodnoty velmi blízké 100 % obj., vždy s výraznou převahou obsahu methanu. Zvláštní kapitolu mezi bioplyny představují plyny tvořící se samovolně ve skládkách odpadů, které obsahují biologicky rozložitelné komponenty.

Výsledkem historických a teoretických úvah je tedy, stručně shrnuto, omezení kategorie „bioplyn“ na přírodní plyny bahenní a na plyny vznikající biomethanizačními procesy buď v reaktorech anebo ve skládkách odpadů či biomasy. Dále patří mezi methanem bohaté plyny i střevní plyny přežvýkavců.

Skutečně věrohodná a novodobá historie bioplynu začíná až těsně před koncem 19. století. Od roku 1897 byly v anglickém městě Exeter čištěny odpadní vody v uzavřených septicích. Postupy anaerobního zpracování kalů se pak rychle rozšiřují i v USA. Podle doporučení A.N. Talbota se vznikající bioplyn jímá a využívá k vytápění a ke svícení na čistírně odpadních vod.

Na počátku 20. století vznikl design nových „vyhnívacích“ nádrží. Z roku 1903 jsou známy pokusy W.O. Kolem roku 1905 vyvinul K. Imhoff dvoupatrovou nádrž s odděleným usazovacím a „vyhnívacím“ prostorem, která byla patentována roku 1907. První samostatné zařízení pro anaerobní vyhnívání uvedli do provozu O‘Shaughnessy a Watson roku 1910 v Birminghamu.

Provozně úspěšný reaktor pro anaerobní stabilizaci kalů z čistírny odpadních vod byl navržen a vybudován na čistírně odpadních vod v Essenu-Rellinghausenu v roce 1924. Díky ohřevu byl proces fermentace kalu přiveden k velmi vysoké intenzitě a tento způsob zpracování čistírenských kalů se začal rychle rozšiřovat. Současně se zhruba od poloviny dvacátých let 20. století začalo rychle šířit i využití bioplynu (tehdy byl většinou nazýván plynem kalovým) k pohonu elektrických motorgenerátorů a k pohonu vozidel.

Čtěte také: Rizika pro jakost vody

Od počátku třicátých let rovněž začíná intenzivní výzkum procesu anaerobní fermentace. Nová vlna zájmu a rozšíření technického poznání je pozorovatelná těsně po skončení 2. světové války. Základ bioplynových technologií jednoznačně vzešel z procesů čištění splaškových odpadních vod.

Teprve technické úspěchy bioplynu v tomto oboru motivovaly snahy o rozšíření aplikace i na jiné organické substráty než na kaly z odpadních vod. Tak byly aplikovány procesy anaerobní stabilizace na nejrůznějších potravinářských i zemědělských odpadech. Souběžně s vývojem reaktorových technologií pro anaerobní fermentaci organických odpadů byla v 60. - 70. letech rozpoznána i nebezpečí plynoucí ze samovolné tvorby bioplynu ve skládkách komunálních odpadů.

Výroba bioplynu z odpadů má řadu výhod: vede ke snížení emisí skleníkových plynů a na rozdíl od solárních a větrných elektráren mají bioplynové stanice stabilní výkon (produkci bioplynu) po celý rok. Produkty anaerobní digesce jsou zejména bioplyn a biologicky stabilizovaný substrát.

Výhřevnost bioplynu významně ovlivňuje pouze obsah metanu, který závisí především na složení vsázky a technologických parametrech bioplynové stanice (BPS). Problémovou složkou bioplynu je naopak sulfan, jenž je při spalování BP příčinou tvorby kyseliny sírové, která při kondenzaci ze spalin způsobuje korozi. Proto se musí sulfan při vyšší koncentraci z bioplynu (BP) odstraňovat.

Bioplyn se nejčastěji využívá v kogeneračních jednotkách. Zhruba 30 % energie bioplynu se transformuje na elektrickou energii, 60 % na energii tepelnou a zbytek jsou tepelné ztráty. Ekonomicky zatím bioplyn nemůže konkurovat systémům pro běžné pohonné látky, a to i z důvodu vyšších nákladů na údržbu a servis, větší spotřeby a velkých investičních nákladů na úpravu motoru apod.

Čtěte také: Pracovní rizika

Přestože se ve všech zařízeních jedná o zbytek po anaerobním rozkladu, výstupy z těchto zařízení nejsou označovány jednotnou terminologií, jak ukazuje tabulka. Terminologie se liší podle vstupních surovin do zpracovatelského zařízení.

Fermentační zbytek z různých procesů bioplynových stanic může mít různý charakter a podle toho s ním může být nakládáno. Pokud je výstupem z metanizační nádrže na čistírenské BPS upravený kal, a je s ním zamýšleno nakládat na zemědělské půdě, je třeba postupovat podle vyhlášky č. 382/2001 Sb., o podmínkách použití upravených kalů na zemědělské půdě.

Pokud je výstup z BPS přímo aplikován na zemědělskou půdu za účelem hnojení (zákon č. 156/1998 Sb., o hnojivech), případně je-li dále zpracováván jako organické hnojivo (např. v kompostárně) a následně aplikován na zemědělskou půdu, nejedná se v tomto případě o odpad, ale o hnojivo, a je třeba dále postupovat podle příslušných předpisů upravujících problematiku zemědělství.

Pokud výstup z BPS není aplikován na zemědělskou půdu za účelem hnojení, nejedná se v tomto případě o hnojivo, ale o odpad, případně rekultivační digestát, a je třeba dále postupovat podle zákona č. 185/2001 Sb., o odpadech a jeho prováděcích předpisů. Z této kvalifikace plynou povinnosti dle § 39 zákona o vodách, zejména pak zabránit vniknutí závadných látek do povrchových nebo podzemních vod.

U technologií mokré fermentace má fermentační zbytek tekutou formu, sušina se běžně pohybuje mezi 6 až 10 %. Je možno jej odstřeďovat, získat z něj kapalinu o obsahu zhruba 1 % sušiny (fugát) a separovaný fermentační zbytek o sušině kolem 30 % (tuhá frakce).

Základním využitím fermentačního zbytku je jeho aplikace na zemědělskou půdu jako hnojiva jak v tekuté, tak v separované formě. Přínosem je - kromě vrácení organické hmoty půdě - také významná redukce choroboplodných zárodků a klíčivosti semen plevelů, zvýšení potenciálu zadržování vody a v neposlední řadě hnojivý účinek.

Biologicky rozložitelné odpady („BRO“) legislativa vnímá jako důležitý zdroj organických živin, které je v první řadě potřeba vracet do přírodního cyklu, tedy do půdy. Každý totiž může kompostovat biologicky rozložitelný materiál vznikající při jeho činnosti, pokud vzniklý kompost zase sám využije. Zákon tedy všem zahrádkářům „posvětil“ jejich bohulibé počínání, totiž kompostování na vlastní zahradě.

Vlastní zpracování BRO je umožněno pouze ve vyjmenovaných typech zařízení. Obecně jde buď o aerobní postup v kompostárnách, nebo anaerobní rozklad v bioplynových stanicích. Prováděcí vyhláška upřesní technické i technologické parametry provozu těchto zařízení, specifikuje vstupy do jednotlivých typů zařízení, a také určí hodnocení výstupů.

V jakých zařízeních je tedy možné BRO zpracovávat? Jsou to podle používané technologie: kompostárny (aerobní proces), vermikompostárny (aerobní proces zpracování pomocí žížal), bioplynové stanice (anaerobní proces), další zařízení využívající technologie vyvinuté na základě postupujícího rozvoje vědy a techniky a zařízení sloužící k biologické stabilizaci nerecyklovatelných BRO před jejich uložením na skládku nebo jejich odstraněním.

Nejmenší rozsah odpadů - pouze BRO rostlinného původu - může přijímat tzv. malé zařízení, které má zároveň méně přísné podmínky na výstavbu i samotný provoz. Zpracovatelé BRO živočišného původu potřebují k provozu vedle povolení odpadářského také souhlas veterinární správy. A kaly z čistíren odpadních vod mohou být zpracovány, jen pokud v zařízení probíhá ověření účinnosti technologie hygienizace a pravidelné kontroly obsahu patogenních mikroorganismů.

Povinností provozovatele ale bude, aby obsah rizikových látek a prvků v jednotlivých zpracovávaných odpadech a surovinách neohrozil kvalitu výstupu ze zařízení. V souvislosti s bioplynovými výrobními zařízeními (bioplynovými stanicemi) se používá odborný pojem „havarijní hořák“.

Bioplynové stanice jsou technologie, které v Evropě během posledních dvaceti let prošly prudkým rozvojem. V České republice bylo v roce 2002 v provozu celkem 6 zemědělských bioplynových stanic, v roce 2015 je jich již 352. Celkem je u nás 554 bioplynových stanic. Do této sumy jsou vedle zmíněných zemědělských bioplynových stanic započítány také bioplynové stanice komunální (7 stanic), průmyslové (11 stanic), bioplynové stanice na uzavřených skládkách odpadů (56 stanic) a také bioplynové stanice na čistírnách odpadních vod (98 stanic).

Rostoucí počet jednotek zvyšuje pravděpodobnost, že na některé z nich dojde k mimořádné události. Bezpečnosti zařízení musí být tedy věnována náležitá pozornost. Bioplyn je tvořen plynnou směsí dvou základních majoritních plynů, a to oxidu uhličitého (CO2)a metanu (CH4+). Nicméně bioplyn obsahuje i další plyny, jako např. vodík (H2), oxid uhelnatý (CO), dusík (N2), vodní páru (H2O), sirovodík (H2S) nebo amoniak (NH3).

U zemědělských bioplynových stanic se koncentrace metanu pohybuje kolem 60 %, koncentrace oxidu uhličitého kolem 40 %, koncentrace vodíku kolem 5 % a koncentrace dusíku mezi 1 a 2 %. Většina otrav při provozu bioplynových stanic byla dosud způsobena vdechnutím sirovodíku (H2S). Sirovodík je bezbarvý plyn s vysoce toxickým účinkem zvláště pro terestrické organismy.

Při expozici vysokým koncentracím (1 000 - 2 000 ppm nebo vyšším, některé zdroje uvádí již 500 - 1 000 ppm) může dojít ke kolapsu organismu v řádech sekund. Při těchto koncentracích dochází k selhání dýchacích center a k zástavě dýchání. Obsah sirovodíku v bioplynu je však relativně nízký a do značné míry závislý na materiálu, který je v bioplynové stanici zpracováván.

Častou snahou provozovatelů bioplynových stanic je však koncentraci sirovodíku v bioplynu snižovat. Primárním důvodem zavádění různých metod snižování koncentrace sirovodíku v bioplynu je, že sirovodík má negativní vliv na strojní části kogenerační jednotky a další části bioplynové stanice (např. armatury, plynovod apod.). Dalším plynem obsaženým v bioplynu, který může zapříčinit otravu, je oxid uhličitý.

Oxid uhličitý je těžší než vzduch a může se shromažďovat například v kondenzačních šachtách, případně ve fermentorech, jejichž obsah byl vypuštěn (např. z důvodu oprav či údržby), aniž by ovšem došlo k dostatečnému odvětrání. Intoxikace oxidem uhličitým nelze zaměnit s udušením. Měření kyslíku (např. osobami při servisních úkonech) není ukazatelem nebezpečí smrti.

Toto riziko může být způsobeno materiálem, který je obsažen ve fermentorech nebo skladech na zbytky po anaerobní fermentaci. Jedná se například o kejdu hospodářských zvířat, čistírenské kaly, tuky, potravinářské odpady, biologicky rozložitelné komunální odpady a další. Tyto materiály jsou také často spolu kofermentovány. To znamená, že jejich chemické složení může být při vstupu velmi variabilní.

Při mimořádné události na bioplynové stanici mohou být ohroženy lidské životy, životní prostředí nebo i majetek. V roce 2009 došlo v Německu na bioplynových stanicích k 140 nehodám, v roce 2010 přibližně k 115 nehodám. V převážné míře se jednalo o nehody bez obětí na životech.

Fatální nehody, při kterých dochází k úmrtím, jsou nejčastěji spojeny s únikem bioplynu a následnou otravou. Jako příklad lze uvést událost, která se odehrála v Německu v roce 2005 a při níž na následky otravy zemřeli 4 lidé a 13 jich bylo zraněno. Z dostupných popisů havárií [15] se smrtelnými následky vyplývá, že jsou často spojeny s nedbalostí personálu nebo s nedbalostí spojenou s technickou závadou. Společným a nejčastějším jmenovatelem těchto úmrtí je však otrava bioplynem při jeho úniku nebo jeho vysokými zbytkovými koncentracemi v různých částech bioplynové stanice.

Lidské oběti si může vyžádat i výbuch na bioplynové stanici. Příkladem toho může být havárie v Itálii roku 1997. I zde došlo k výbuchu vlivem nedbalosti při opravách na bioplynové stanici. Důvodem je fakt, že při samotném provozu bioplynové stanice je frekvence pohybu osob v blízkosti kritických prvků (plynojem, reaktor, prostor kogenerační jednotky apod.) velmi nízká.

V 80 % případů byly nalezeny závady, a to především v oblasti ochrany proti výbuchu. V současné době bioplynové stanice před uvedením do provozu musejí splnit celou řadu požadavků implementovaných evropských nebo českých technických norem. Odborný dozor nad bezpečností vyhrazených technických zařízení, kam se řadí mimo jiné také zařízení plynová a elektrická, zajišťuje v České republice Technická inspekce ČR.

Bohužel provozní praxe ukazuje, že uplatňování předepsaných preventivních opatření u některých provozovatelů nebo zhotovitelů je pouze na formální úrovni a reálný dopad na zvýšení bezpečnosti provozu těchto zařízení může být malý. Bioplyn produkovaný bioplynovými stanicemi je nebezpečný hořlavý a toxický plyn. Jeho hořlavost je dána přítomností metanu, toxicitu způsobuje obsah sirovodíku, případně oxidu uhličitého.

Je třeba zdůraznit, že bioplynové stanice nepředstavují tak vysoké riziko jako například chemické závody. Dopad nehod na těchto zařízeních je spíše lokálního charakteru. Nicméně jak je patrno z příkladů uvedených v tomto článku, také při obsluze bioplynových stanic může dojít k obětem na životech.

Tabulka 1: Vybrané fyzikální vlastnosti bioplynu, plynných uhlovodíků a vodíku

Tabulka 2: Účinky sirovodíku (H2S) na lidské zdraví

Tabulka 3: Koncentrace sirovodíku v bioplynu z různých zdrojů

Tabulka 4: Účinky oxidu uhličitého (CO2) na lidské zdraví

tags: #ohrozeni #bioplynem #pro #životní #prostředí

Oblíbené příspěvky:

• Emise a imise
• Ekologická Písanka Paleta: Kreativní Recenze
• Milesovský spolek přátel přírody a Lovoš
• Likvidace kyseliny chlorovodíkové
• Platba poplatku za komunální odpad